褐煤及其干酪根對水中Cr(Ⅵ)的去除機(jī)理和吸附劑廢棄物的熱解特性研究.pdf

1、吸附是去除水中Cr(VI)的一種常用處理方法，而吸附劑的選擇則直接決定去除效果和后續(xù)含鉻廢物的再處理過程。褐煤是煤化程度較低的煤種，因其豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和大量的含氧官能團(tuán)，使其具有吸附、絡(luò)合、離子交換等功能，是較好的吸附劑選擇。目前，已有相關(guān)報(bào)道證明了褐煤對Cr(VI)有很好的去除效果，但大多數(shù)的報(bào)道集中于探索最佳吸附條件和尋找最大吸附量，而對于系統(tǒng)、深入地研究去除機(jī)理的報(bào)道則比較少見，同時(shí)對如何進(jìn)一步處理含鉻的煤基吸附劑也缺乏相應(yīng)關(guān)注和

2、解決方案。因此，本文的研究目標(biāo)是系統(tǒng)地探究褐煤及其干酪根對水中Cr(VI)的去除機(jī)理，以及尋找含鉻褐煤的最佳處置方案。
　　本文采用序批式的實(shí)驗(yàn)方法探究褐煤去除 Cr(VI)的最佳條件，采用 X射線光電子能譜、紅外光譜、固體核磁等結(jié)構(gòu)表征方法來分析吸附過程中Cr(VI)的價(jià)態(tài)變化、褐煤及其干酪根的結(jié)構(gòu)變化，以及還原的Cr(III)與褐煤中含氧官能團(tuán)的相互作用方式，最后采用熱解的方法來處理含鉻吸附劑。本文主要結(jié)論如下：
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3、.褐煤及其干酪根對Cr(VI)有很好的去除效果，最大吸附量分別可以達(dá)到3.38和4.38 mmol/g（pH=1，96 h，25℃）。該去除過程高度依賴于強(qiáng)酸環(huán)境，增加溫度可以有效提升吸附量，但與其他類型吸附劑相比，褐煤基吸附劑去除Cr(VI)需要更長的反應(yīng)時(shí)間。
　　2.褐煤及其干酪根去除Cr(VI)的機(jī)理主要是氧化還原，吸附劑從溶液中吸附的 Cr(VI)大部分被還原成 Cr(III)，褐煤及其干酪根結(jié)構(gòu)中的還原性組分-CH3、

4、-CH2、C-O和Ar-OH等參與了將Cr(VI)還原成Cr(III)的過程，同時(shí)自身被氧化成C=O和O-C=O等基團(tuán)。
　　3. Cr(III)固定的機(jī)理主要是：褐煤吸附六價(jià)鉻后，結(jié)構(gòu)中C=O和O-C=O含量增加，而還原的Cr(III)則主要與上述基團(tuán)通過相互作用結(jié)合在一起，并且受-O-Cr-O結(jié)構(gòu)的控制，電子發(fā)生離域。在這些含氧官能團(tuán)中，C=O和C-O基團(tuán)中的O原子與Cr(III)結(jié)合的同時(shí)，伴隨著電子密度的降低，而O-C=O

5、基團(tuán)中的O原子與Cr(III)結(jié)合的同時(shí)，伴隨著電子密度的增加，彼此間最終形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
　　4.在Ar和CO2氣氛下，鉻對褐煤樣品的熱解有很好的催化效應(yīng)，尤其在CO2氣氛下，鉻催化了CO2和有機(jī)質(zhì)中碳反應(yīng)去生成CO的過程；且對于脫灰樣品中負(fù)載的鉻，可以通過控制反應(yīng)時(shí)間和溫度，來實(shí)現(xiàn)完全回收，在本實(shí)驗(yàn)條件下（CO2，850℃，150 min），焦炭殘?jiān)蠧r2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到94.8％，即XK-Cr樣品中的有機(jī)質(zhì)部分幾乎分解